8年制生物化学与分子生物学第02章多肽与蛋白质课件.ppt
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- 生物化学 分子生物学 02 多肽 蛋白质 课件
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1、目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节多肽与蛋白质多肽与蛋白质第二章第二章Peptides and Proteins目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节 1833年年,Payen和和Persoz分离出淀粉酶。分离出淀粉酶。1864年年,Hoppe-Seyler从血液分离出血红蛋白,从血液分离出血红蛋白,并将其制成结晶并将其制成结晶。19世纪末世纪末,Fischer证明蛋白质是由氨基酸组成的,证明蛋白质是由氨基酸组成的,并将氨基酸合成了多种短肽并将氨基酸合成了多种短肽。1938年年,德国化学家,德国化学家Gerardus J.Mulder引用引用“Protein”一词来描述蛋白
2、质。一词来描述蛋白质。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节1951年年,Pauling采用采用X(射)线晶体衍射发现了蛋(射)线晶体衍射发现了蛋白质的二级结构白质的二级结构-螺旋螺旋(-helix)。1953年,年,Frederick Sanger完成胰岛素一级序列测定。完成胰岛素一级序列测定。1962年年,John Kendrew和和Max Perutz确定了血红蛋确定了血红蛋白的四级结构。白的四级结构。20世纪世纪90年代以后年代以后,后基因组计划。,后基因组计划。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节w什么是蛋白质什么是蛋白质?蛋白质(蛋白质(protein)是由许多氨
3、基酸是由许多氨基酸(amino acids)通过肽键()通过肽键(peptide bond)相连形成的高分子含氮化合物。相连形成的高分子含氮化合物。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节分布广:分布广:所有器官、组织都含有蛋白质;细胞的所有器官、组织都含有蛋白质;细胞的各个部分都含有蛋白质。各个部分都含有蛋白质。含量高:含量高:蛋白质是细胞内最丰富的有机分子,占蛋白质是细胞内最丰富的有机分子,占人体干重的人体干重的45,某些组织含量更高,某些组织含量更高,例如脾、肺及横纹肌等高达例如脾、肺及横纹肌等高达80。w蛋白质的生物学重要性蛋白质的生物学重要性1.蛋白质是生物蛋白质是生物 体重要
4、组成成分体重要组成成分目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节1 1)作为生物催化剂(酶)作为生物催化剂(酶)2 2)代谢调节作用)代谢调节作用3 3)免疫保护作用)免疫保护作用4 4)物质的转运和存储)物质的转运和存储5 5)运动与支持作用)运动与支持作用6 6)参与细胞间信息传递)参与细胞间信息传递2.蛋白质具有重要的生物学功能蛋白质具有重要的生物学功能3.氧化供能氧化供能目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节肽和蛋白质的一级结构肽和蛋白质的一级结构第一节第一节Primary Structure of Peptides and Proteins 目目 录录第二节第三节第四节第
5、五节第一节第六节(一)氨基酸通过肽键相连形成肽(一)氨基酸通过肽键相连形成肽/蛋白质蛋白质存在自然界中的氨基酸有存在自然界中的氨基酸有300余种,组余种,组成体内蛋白质的成体内蛋白质的氨基酸(氨基酸(amino acid)有)有20种,均为种,均为L-氨基酸氨基酸(除甘氨酸外)(除甘氨酸外)。、肽和蛋白质是由氨基酸组成的多聚、肽和蛋白质是由氨基酸组成的多聚体体目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式RC+NH3COO-H目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节肽键是由一个氨基酸的肽键是由一个氨基酸的-羧基与另一个氨羧基
6、与另一个氨基酸的基酸的-氨基脱水缩合而形成的化学键。氨基脱水缩合而形成的化学键。氨基酸通过氨基酸通过肽键肽键(peptide bond)相互连接相互连接而形成多肽和蛋白质。而形成多肽和蛋白质。肽肽/蛋白质分子中的氨基酸通过脱水生成的共价键蛋白质分子中的氨基酸通过脱水生成的共价键被称为被称为肽键肽键(peptide bond),肽键是一种酰胺键,具,肽键是一种酰胺键,具有部分双键的性质。有部分双键的性质。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节*一分子氨基酸与另一分子氨基酸脱去一分子水缩一分子氨基酸与另一分子氨基酸脱去一分子水缩合成二肽。合成二肽。*二肽通过肽键与另一分子氨基酸缩合生成三肽
7、二肽通过肽键与另一分子氨基酸缩合生成三肽*一般来说,由数个、十数个氨基酸组成的肽习惯称一般来说,由数个、十数个氨基酸组成的肽习惯称为为寡肽寡肽(oligopeptide),而很多氨基酸组成的肽称为,而很多氨基酸组成的肽称为多多肽(肽(polypeptide)。)。通常,多肽分子质量通常,多肽分子质量10 kD;而而蛋白质蛋白质则是由一条或多条肽链组成的更大分子,则是由一条或多条肽链组成的更大分子,但两者两者经常通用。但两者两者经常通用。肽链中的氨基酸分子因脱水缩合而基团不全,肽链中的氨基酸分子因脱水缩合而基团不全,被称为被称为氨基酸残基氨基酸残基(residue)。目目 录录第二节第三节第四节
8、第五节第一节第六节氨基末端(氨基末端(amino terminal)或)或 N 末端末端:多肽链中有多肽链中有游离氨基的一端称游离氨基的一端称氨基末氨基末端端(amino terminal)或或N-端。端。羧基末端(羧基末端(carboxyl terminal)或)或C 末端:末端:多肽链中多肽链中有游离羧基的一端称为有游离羧基的一端称为羧基羧基末端末端(carboxyl terminal)或或C-端。端。多肽链具有方向性:多肽链具有方向性:多肽链从氨基末端走向羧基末端。多肽链从氨基末端走向羧基末端。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶目目
9、 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH-CH-CHOHO OH甘甘氨氨酸酸+-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键NH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH-C-N-CH-COOHHHHO肽是根据由肽是根据由N-端至端至C-端参与其组成的氨基酸残基命名的端参与其组成的氨基酸残基命名的 目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节(二)(二)体内存在多种重要的生物活性肽体内存在多种重要的生物活性肽 1.谷胱甘肽是体内重要的还原剂谷胱甘肽是体内重要的还原剂 谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione,GSH
10、)目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节GSH过氧过氧化物酶化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH还原酶还原酶NADPH+H+NADP+目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节2.体内有许多激素属寡肽或多肽体内有许多激素属寡肽或多肽目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节3.神经肽是脑内一类重要的肽神经肽是脑内一类重要的肽 在神经传导过程中起重要作用的肽类称为在神经传导过程中起重要作用的肽类称为神经肽神经肽(neuropeptide)。较早发现的有脑啡肽较早发现的有脑啡肽(5肽肽)、-内啡肽内啡肽(31肽肽)和和强啡肽强啡肽(17肽肽)等。等。近年发现的孤啡肽
11、近年发现的孤啡肽(17肽肽),其一级结构类似于,其一级结构类似于强啡肽。强啡肽。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节 组成蛋白质的元素:组成蛋白质的元素:主要有主要有C、H、O、N和和S。有些蛋白质含有少量有些蛋白质含有少量磷磷或金属元素或金属元素铁、铜、铁、铜、锌、锰、钴、钼锌、锰、钴、钼,个别蛋白质还含有,个别蛋白质还含有碘碘。二、蛋白质的分子组成和结构极其复杂二、蛋白质的分子组成和结构极其复杂目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节 各种蛋白质的含氮量很接近,平均为各种蛋白质的含氮量很接近,平均为16。由于体内的含氮物质以蛋白质为主,因此,由于体内的含氮物质以蛋白质为主,
12、因此,只要测定生物样品中的含氮量,就可以根据以只要测定生物样品中的含氮量,就可以根据以下公式推算出蛋白质的大致含量:下公式推算出蛋白质的大致含量:100克样品中蛋白质的含量克样品中蛋白质的含量(g%)=每克样品含氮克数每克样品含氮克数 6.251001/16%蛋白质元素组成的特点:蛋白质元素组成的特点:目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节(一一)蛋白质的分子组成与结构特征是其分蛋白质的分子组成与结构特征是其分类的基础类的基础1.蛋白质根据分子组成分为单纯蛋白质和结合蛋蛋白质根据分子组成分为单纯蛋白质和结合蛋白质两类白质两类:单纯蛋白质(单纯蛋白质(simple protein)结合蛋
13、白质结合蛋白质 =蛋白质部分蛋白质部分 +非蛋白质部分非蛋白质部分(conjugated protein)辅基辅基(prosthetic group)目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节分类分类辅基辅基举例举例脂蛋白脂蛋白脂类脂类血浆脂蛋白(血浆脂蛋白(VLDL、LDL、HDL等)等)糖蛋白糖蛋白糖基或糖链糖基或糖链胶原蛋白、纤连蛋白等胶原蛋白、纤连蛋白等核蛋白核蛋白核酸核酸核糖体核糖体磷蛋白磷蛋白磷酸基团磷酸基团酪蛋白(酪蛋白(casein)血红素蛋白血红素蛋白血红素(铁卟啉)血红素(铁卟啉)血红蛋白、细胞色素血红蛋白、细胞色素c黄素蛋白黄素蛋白黄素核苷酸(黄素核苷酸(FAD、FM
14、N)琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶金属蛋白金属蛋白铁铁铁蛋白铁蛋白锌锌乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶钙钙钙调蛋白钙调蛋白锰锰丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶铜铜细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶结合蛋白质及其辅基结合蛋白质及其辅基 目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节3.蛋白质根据其形状分为纤维状蛋白质和球状蛋白质根据其形状分为纤维状蛋白质和球状蛋白质两类蛋白质两类,可分为:,可分为:纤维状蛋白质纤维状蛋白质球状蛋白质球状蛋白质2.蛋白质根据结构特点进行分类蛋白质根据结构特点进行分类,可分为:,可分为:超家族(超家族(super family)家族(家族(family)亚家族(亚家族(subfamily)目目 录
15、录第二节第三节第四节第五节第一节第六节(二二)蛋白质分子结构可区分为蛋白质分子结构可区分为4 4个层次个层次高级结构高级结构或或空间构象空间构象(conformation)一级结构一级结构(primary structure)二级结构二级结构(secondary structure)三级结构三级结构(tertiary structure)四级结构四级结构(quaternary structure)目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节三、三、氨基酸残基的排列顺序决定蛋白氨基酸残基的排列顺序决定蛋白质的一级结构质的一级结构肽键(主要化学键)肽键(主要化学键)二硫键二硫键蛋白质一级结构蛋白
16、质一级结构(primary structure)是指蛋白是指蛋白质分子中,从质分子中,从N端到端到C端的氨基酸排列顺序。端的氨基酸排列顺序。形成一级结构的化学键:形成一级结构的化学键:一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能功能的基础,的基础,但不是决定蛋白质空间构象的但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。唯一因素。目目 录录目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节四、多肽链中的局部特殊构象是蛋白四、多肽链中的局部特殊构象是蛋白质的二级结构质的二级结构蛋白质二级结构蛋白质二级结构(secondary structure)是指蛋是指蛋白质分子中某一段肽链的
17、局部空间结构,即该白质分子中某一段肽链的局部空间结构,即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置,并不涉段肽链主链骨架原子的相对空间位置,并不涉及氨基酸残基侧链的构象及氨基酸残基侧链的构象。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节五、五、蛋白质一级结构比对可用于同源蛋白质一级结构比对可用于同源 蛋白质分析蛋白质分析蛋白质一级结构(氨基酸序列)比对常被用来预蛋白质一级结构(氨基酸序列)比对常被用来预测蛋白质之间结构与功能的相似性。测蛋白质之间结构与功能的相似性。序列比对方法(序列比对方法(sequence-comparison method)关键在于将关键在于将2个序列准确地对齐,使之达到相同序
18、列个序列准确地对齐,使之达到相同序列最大化,插入或删除序列最小化的目的,然后计算最大化,插入或删除序列最小化的目的,然后计算相同的氨基酸数。相同的氨基酸数。同源蛋白质同源蛋白质仅指同一基因进化而来的蛋白质。仅指同一基因进化而来的蛋白质。序列相似但非进化相关的序列相似但非进化相关的2个蛋白质的序列,常个蛋白质的序列,常被称为被称为相似(相似(analogy)序列)序列。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节 第二节第二节 肽、蛋白质的高级结构肽、蛋白质的高级结构Three Dimentional Structure of Peptides and Proteins目目 录录第二节第三节第
19、四节第五节第一节第六节蛋白质的蛋白质的二级结构二级结构(secondary structure)是指组是指组成蛋白质的肽链的主链的空间结构,也就是肽链主成蛋白质的肽链的主链的空间结构,也就是肽链主链骨架原子的相对空间位置,不涉及氨基酸残基侧链骨架原子的相对空间位置,不涉及氨基酸残基侧链的构象。链的构象。一、多肽链中的局部特殊构象是蛋白质一、多肽链中的局部特殊构象是蛋白质 的二级结构的二级结构 肽链主链骨架原子肽链主链骨架原子包括包括N(氨基氮)、(氨基氮)、C(-碳原子)和碳原子)和CO(羰基碳)(羰基碳)3个原子依次重复排列。个原子依次重复排列。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节
20、 -螺旋螺旋(-helix)-折叠折叠(-pleated sheet)-环环 -转角转角(-turn)无规卷曲无规卷曲(random coil)蛋白质二级结构的主要形式:蛋白质二级结构的主要形式:维系二级结构的主要化学键:维系二级结构的主要化学键:氢键氢键目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节(一)(一)肽键是一个刚性的平面肽键是一个刚性的平面参与肽键的参与肽键的6个原子个原子C 1、C、O、N、H、C 2位于同一位于同一平面,平面,C 1和和C 2在平面上所处在平面上所处的位置为反式的位置为反式(trans)构型,此构型,此同一平面上的同一平面上的6个原子构成了个原子构成了所谓的所谓
21、的肽单元肽单元(peptide unit)。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节(二)(二)-螺旋螺旋是常见的蛋白质二级结构是常见的蛋白质二级结构目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节(三)(三)-折叠折叠使多肽链形成片层结构使多肽链形成片层结构目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节(四)(四)-转角和无规卷曲转角和无规卷曲在蛋白质分子中在蛋白质分子中普遍存在普遍存在-转角转角无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。部分肽链结构。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节(五)模体(五)模体是蛋白质的超二级结构是蛋白质
22、的超二级结构在许多蛋白质分子中,在许多蛋白质分子中,由几个具有二级结由几个具有二级结构的肽段,在空间上相互接近、相互作用,所构的肽段,在空间上相互接近、相互作用,所形成的折叠模样,称为形成的折叠模样,称为超二级结构超二级结构(supersecondary structure),),又称又称折叠(折叠(fold)或或模体(模体(motif)。)。超二级结构形式有超二级结构形式有3 3种:种:,目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节钙结合蛋白中结钙结合蛋白中结合钙离子的模体合钙离子的模体 锌指结构锌指结构 目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节(六)(六)氨基酸残基的侧链可影响二级
23、结构的形成氨基酸残基的侧链可影响二级结构的形成蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。一段肽链其氨基酸残基的侧链适合形成一段肽链其氨基酸残基的侧链适合形成-螺旋螺旋或或-折叠,它就会出现相应的二级结构。折叠,它就会出现相应的二级结构。这是氨基酸残基的侧链的相互作用可稳定这是氨基酸残基的侧链的相互作用可稳定或去稳定相应的二级结构的原因。或去稳定相应的二级结构的原因。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节一段肽链有多个一段肽链有多个谷氨酸或天冬氨酸残基谷氨酸或天冬氨酸残基相邻,则在相邻,则在pH7.0时,这些残基的游离羧基都带负电荷,彼此相斥,时,这些残基的
24、游离羧基都带负电荷,彼此相斥,妨碍妨碍-螺旋的形成。同样,多个碱性氨基酸残基在一肽段螺旋的形成。同样,多个碱性氨基酸残基在一肽段内,由于正电荷相斥,也妨碍内,由于正电荷相斥,也妨碍-螺旋的形成。螺旋的形成。天冬酰胺、亮氨酸的侧链很大,也会影响天冬酰胺、亮氨酸的侧链很大,也会影响-螺旋螺旋形成。形成。脯氨酸的结构不利于形成脯氨酸的结构不利于形成-螺旋。螺旋。形成形成-折叠的肽段要求氨基酸残基的侧链较小,才折叠的肽段要求氨基酸残基的侧链较小,才能容许两条肽段彼此靠近。能容许两条肽段彼此靠近。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节二、二、多肽链在二级结构基础上进一步折叠多肽链在二级结构基础上
25、进一步折叠形成蛋白质三级结构形成蛋白质三级结构蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构(tertiary structure)是指整条是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置,链中所有原子在三维空间的排布位置,包括一包括一级结构中相距甚远的肽段的空间位置关系。级结构中相距甚远的肽段的空间位置关系。(一)三级结构是指整条多肽链的空间分布(一)三级结构是指整条多肽链的空间分布目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节 肌红蛋白肌红蛋白(Mb)N 端端 C端端肌红蛋白(肌红蛋白(myoglobin)是一个单个肽链的球状蛋白质
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